为什么使用枚举法实现单例模式越来越流行

单元素的枚举类型已经成为实现Singleton的最佳方法 -- 出自《effective java》

单例模式的特点

构造方法私有化
实例化的变量引用私有化
获取实例的方法共有

常用的单例模式

单例的饿汉模式

顾名思义，饿汉法就是在第一次引用该类的时候就创建对象实例，而不管实际是否需要创建。代码如下：

// 单例的饿汉模式
public class Singleton {
    private static Singleton = new Singleton();
    private Singleton() {}
    public static getSignleton(){
        return singleton;
    }
}

单例的懒汉模式(单线程)

顾名思义，懒汉法就是在需要使用对象实例时才会去创建，单例的懒汉模式(单线程)由私有构造器和一个公有静态工厂方法构成，在工厂方法中对 singleton 进行 null 判断，如果是 null 就 new 一个出来，最后返回 singleton 对象。

这种方法可以实现延时加载，但是有一个致命弱点：线程不安全。如果有两条线程同时调用 getSingleton() 方法，就有很大可能导致重复创建对象。

// 单例的懒汉模式(单线程)
public class Singleton {
    private static Singleton singleton = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton() {
        if(singleton == null) singleton = new Singleton();
        return singleton;
    }
}

单例的懒汉模式(多线程)

这种写法考虑了线程安全，将对 singleton 的 null 判断以及 new 的部分使用 synchronized 进行加锁。同时，对 singleton 对象使用 volatile 关键字进行限制，保证其对所有线程的可见性，并且禁止对其进行指令重排序优化。如此即可从语义上保证这种单例模式写法是线程安全的。注意，这里说的是语义上，实际使用中还是存在小坑的

// 单例的懒汉模式(多线程)
public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton(){
        synchronized (Singleton.class){
            if(singleton == null){
                singleton = new Singleton();
            }
        }
        return singleton;
    }
}

单例的懒汉模式(双重加锁机制)

虽然上面这种写法是可以正确运行的，但是其效率低下，还是无法实际应用。因为每次调用 getSingleton() 方法，都必须在 synchronized 这里进行排队，而真正遇到需要 new 的情况是非常少的,这种写法被称为 “双重检查锁”，顾名思义，就是在 getSingleton() 方法中，进行两次 null 检查。看似多此一举，但实际上却极大提升了并发度，进而提升了性能。为什么可以提高并发度呢？就像上文说的，在单例中 new 的情况非常少，绝大多数都是可以并行的读操作。因此在加锁前多进行一次 null 检查就可以减少绝大多数的加锁操作，执行效率提高的目的也就达到了。

那么，这种写法是不是绝对安全呢？前面说了，从语义角度来看，并没有什么问题。但是其实还是有坑。说这个坑之前我们要先来看看 volatile 这个关键字。

其实这个关键字有两层语义。第一层语义相信大家都比较熟悉，就是可见性。可见性指的是在一个线程中对该变量的修改会马上由工作内存（Work Memory）写回主内存（Main Memory），所以会马上反应在其它线程的读取操作中。

顺便一提，工作内存和主内存可以近似理解为实际电脑中的高速缓存和主存，工作内存是线程独享的，主存是线程共享的。volatile 的第二层语义是禁止指令重排序优化。大家知道我们写的代码（尤其是多线程代码），由于编译器优化，在实际执行的时候可能与我们编写的顺序不同。

编译器只保证程序执行结果与源代码相同，却不保证实际指令的顺序与源代码相同。这在单线程看起来没什么问题，然而一旦引入多线程，这种乱序就可能导致严重问题。volatile 关键字就可以从语义上解决这个问题。

注意，前面反复提到 “从语义上讲是没有问题的”，但是很不幸，禁止指令重排优化这条语义直到 jdk1.5 以后才能正确工作。此前的 JDK 中即使将变量声明为 volatile 也无法完全避免重排序所导致的问题。所以，在 jdk1.5 版本前，双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。

// 单例的懒汉模式(双重加锁机制)
public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton = null;
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton(){
        if(singleton == null){
            synchronized (Singleton.class){
                if(singleton == null){
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

静态内部类

我们可以把 Singleton 实例放到一个静态内部类中，这样就避免了静态实例在 Singleton 类加载的时候就创建对象，并且由于静态内部类只会被加载一次，所以这种写法也是线程安全的：

// 静态内部类
public class Singleton {
    private static class Holder {
        private static Singleton singleton = new Singleton();
    }
    private Singleton(){}
    public static Singleton getSingleton(){
        return Holder.singleton;
    }
}

枚举法

上面提到的所有实现方式都有两个共同的缺点：

都需要额外的工作 (Serializable、transient、readResolve()) 来实现序列化，否则每次反序列化一个序列化的对象实例时都会创建一个新的实例。

可能会有人使用反射强行调用我们的私有构造器（如果要避免这种情况，可以修改构造器，让它在创建第二个实例的时候抛异常）。

还有一种更加优雅的方法来实现单例模式，那就是枚举写法：

// 枚举写法
public enum Singleton {
    INSTANCE;
    private String name;
    public String getName(){
        return name;
    }
    public void setName(String name){
        this.name = name;
    }
}

枚举法实现单例模式实例

// 测试枚举法是否能实现单例模式
public class Person {
    //私有化构造函数
    private Person() {
    }

    //定义一个静态枚举类
    static enum SingletonEnum {
        //创建一个枚举对象，该对象天生为单例
        INSTANCE;
        private Person person;

        //私有化枚举的构造函数
        private SingletonEnum() {
            person = new Person();
        }

        public Person getInstnce() {
            return person;
        }
    }

    //对外暴露一个获取person对象的静态方法
    public static Person getInstance() {
        return SingletonEnum.INSTANCE.getInstnce();
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Person.getInstance());
        System.out.println(Person.getInstance());
        System.out.println(Person.getInstance() == Person.getInstance());
    }
}

参考资料:https://mp.weixin.qq.com/s/hRzViZDRq_384se4kIAHpw

posted @ 2020-10-21 19:05 Tiro8183 阅读(138) 评论(0) 收藏举报

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